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青东煤矿突出煤层水力冲孔消突试验研究

作　者: 陈延可
导　师: 戴广龙
学　校: 安徽理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 顶板钻孔高压水射流水力冲孔数值模拟
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国煤炭井工开采的比例比较高,随着井工开采深度的增加,我国煤矿安全生产将面临地应力升高、瓦斯压力增大等严峻问题。针对青东煤矿松软低透气性煤层,煤体松软,煤体破坏程度较高,煤体透气性较差等特点,采用传统防突措施,现场抽排效果不佳,给现场煤与瓦斯突出防治工作带来诸多困难,因此采取水力冲孔措施提高煤体透气性,提高瓦斯抽采效率是防治煤与瓦斯突出、提高煤炭安全高效开采行之有效的方法。本文在分析水力冲孔过程动力特性、影响水射流破煤因素的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟对水射流侵蚀煤体动态过程分析,并分析计算水力冲孔对钻孔周围煤体的应力、应变变化影响。在青东煤矿728工作面顶板岩巷实施水力冲孔措施工业试验,平均单孔冲煤量1.3t,水力冲孔前后钻孔直径扩大到593.4mm,较冲孔前增大6.3倍。对水力冲孔后瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量考察,单孔最大瓦斯浓度冲孔后峰值6.53%,较冲孔前平均值提高6.5倍；最大瓦斯抽采纯流量冲孔后最高值0.4m3/min,比冲孔前增加0.33m3/min,提高5.7倍；试验区最大残余瓦斯压力0.21MPa,最大残余瓦斯含量3.17m3/t,验证水力冲孔的卸压增透效果。结合在煤巷工作面掘进过程中的钻屑瓦斯解吸指标K1(mL/gmin1/2)最大值为0.11,最大钻屑量Smax(Kg)最大值为3.9,⊿h2(Pa)最大值为80,瓦斯放散初速度△p最大值为8mmHg,煤体坚固性系数大于0.7等突出指标进行了分析,顶板巷下向钻孔水力冲孔消突效果显著,该技术为82采区的728工作面投产节省了时间,经济效益显著。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
Contents  10-13
引言  13-15
1 绪论  15-27
  1.1 研究背景及意义  15-21
    1.1.1 课题研究背景  15-20
    1.1.2 课题研究意义  20-21
  1.2 国内外研究现状  21-24
    1.2.1 水射流技术研究现状  21-22
    1.2.2 水力冲孔消突技术研究现状  22-24
  1.3 存在的主要问题  24
  1.4 论文的主要内容及研究思路  24-27
2 水射流破煤特性理论研究  27-43
  2.1 流体力学基本方程  27-28
  2.2 水射流特性分析  28-31
    2.2.1 水射流的分类  28-30
    2.2.2 射流的工艺系统  30-31
  2.3 水射流破煤分析  31-37
    2.3.1 水射流结构和特性  31-33
    2.3.2 水射流冲击力  33-35
    2.3.3 水射流破煤机理分析  35-37
  2.4 影响水射流破煤能力的因素分析  37-41
    2.4.1 水射流本身性能对破煤的影响  37-39
    2.4.2 煤岩的物理特性对破煤的影响  39-40
    2.4.3 围压对破煤的影响  40-41
  2.5 本章小结  41-43
3 水力冲孔煤体增透消突技术研究  43-51
  3.1 水力冲孔防突技术研究  43-46
    3.1.1 水力冲孔的工艺流程  43-44
    3.1.2 水力冲孔破煤的力学分析  44-46
  3.2 水力冲孔消除煤体突出危险性分析  46-50
    3.2.1 水力冲孔对煤体应力分布的影响  47-48
    3.2.2 水力冲孔后煤层透气性变化  48-50
  3.3 本章小结  50-51
4 水力冲孔数值模拟研究  51-71
  4.1 ANSYS软件模拟原理  51-52
  4.2 高压水射流侵蚀煤体数值模拟  52-61
    4.2.1 模拟条件的假设  52-53
    4.2.2 模拟目的  53
    4.2.3 模拟状态方程及材料参数设置  53-55
    4.2.4 模型构建  55-56
    4.2.5 模拟结果分析  56-61
  4.3 水力冲孔前后钻孔周围情况的数值模拟  61-69
    4.3.1 模拟条件的假设  61
    4.3.2 模拟目的  61
    4.3.3 模型构建  61-62
    4.3.4 模型边界条件及初始应力场  62-63
    4.3.5 参数选择及求解过程  63
    4.3.6 模拟结果分析  63-69
  4.4 本章小结  69-71
5 青东煤矿顶板下向钻孔水力冲孔消突现场考察  71-91
  5.1 试验区概况  71-74
    5.1.1 青东煤矿7煤层概况  71-73
    5.1.2 青东煤矿82采区概况  73
    5.1.3 矿井通风与瓦斯  73-74
  5.2 水力冲孔工业现场试验  74-77
    5.2.1 水力冲孔冲试验设备  74
    5.2.2 水力冲孔钻孔位置布置  74-75
    5.2.3 水力冲孔工业现场施工工艺  75-77
  5.3 穿层钻孔水力冲孔区域预抽消突措施效果检验  77-85
    5.3.1 检验孔的布置  77-78
    5.3.2 检验孔的考察  78-80
    5.3.3 水力冲孔冲煤量的考察  80
    5.3.4 水力冲孔后瓦斯抽采浓度考察  80-84
    5.3.5 水力冲孔后瓦斯抽采率考察  84-85
  5.4 水力冲孔试验区域突出危险性评价  85-89
  5.5 本章小结  89-91
6 结论与展望  91-93
  6.1 结论  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
作者简介及读研期间主要科研成果  99

青东煤矿突出煤层水力冲孔消突试验研究

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